基于ABAQUS的小尺度桩柱波浪力计算方法_图文

1、 专辑 戴澍等 ： 的小尺度桩柱波浪力计算方法 基于 · · 处理桩柱截面变化 的 问 题 上 也 简 单 易 行 例如文献 中第四章中建 立 的 某 大 型 风 力 发 电 机 组 的 支 撑 结构 ， 截面为变截面锥筒形 ， 塔架筒壁采用壳单元模 拟， 塔段间的法兰盘采用实体单元模拟 使用梁单元 来分析桩柱 ， 我们可以忽略流场的变化 ， 只考虑单位 如果用壳单元来构建模 桩柱上承载的波浪 力 即 可 型， 必须考虑作用于桩柱表面上波浪载荷的变化 ， 因 本文首先要结合流体力学的 此在应用壳单元之 前 ， 知识对流场进行分析 由流体力学可知 ， 海上结构桩柱直立在水中

2、， 忽 略流场在 方向的 变 化 ， 流体均匀地向 正方向流 动， 我们可将这种情况归化为流体力学中的 “ 圆柱绕 二维圆柱低 速 定 常 绕 流 的 流 型 只 与 流问题 ” 数 有关 在 流场中的惯性力与粘性力相比 较小时 ， 居次要地位 ， 圆柱 上 下 游 的 流 线 前 后 对 称； 随着 的增大 ， 在圆柱背面流线开始分离并出现漩涡 ； 随着 圆柱后缘上下两侧有涡周期性地轮 进一步增大 ， 流脱落 ， 形成 规 则 排 列 的 涡 阵， 这种涡阵称为卡门 涡街 工程实际中的海洋结构物通常都是出于湍流状 态中 ， 由前述可知 ， 在桩柱表面上不存在稳定的压力 如果在分析桩柱结构波浪

3、力时考虑湍流情况 ， 分布 则超出了本文所 研 究 的 范 围 所 以， 不 失 一 般 地， 本 文假设在桩柱迎浪的半个圆周上 ， 均匀分布压 力 ， 桩柱在 方 向 的 合 力 为 桩 柱 所 受 波 浪 力 ， 桩柱 在 方向 合力为 ， 如图 下面结合前文 所示 推导压力 与合力 的关系 所述 公式 ， 图 波浪载荷作用于壳单元 （ ） （ ） ， 根据式 （ 我们将用于梁单元的 ） 程 将原值除以圆柱直径 ， 则可将此程序 序进行修改 ， 移植到壳单元上 ， 亦满足合力的要求 为了验证该方 法的正确性 ， 本文以文献 的模型为例 ， 分别用梁 单元和壳单元建立 有 限 元 模 型 ，

4、 分别在两个模型上 运用对 应 的 用 子 程 序， 进行有 限元 计 算 计 算 工 况 为 表 二 所 示 工 况 ， 即波高为 周期为 有限元模型尺寸按文献 ， 中模型尺寸设置 壳单元模型如图 在本文 所 示 中以立柱底部固定 端 的 支 反 力 值 为 例 ， 比较两种模 型的计算结果 表 所 示 是 壳 单 元 模 型 底 部 个节点的节点 力 本文取 前 十 个 分 析 步 的 结 果 为 例 将底 值 ， 部所有节点的节点力 得到壳单元模型 值累加 ， 图 壳单元模型 底部的总支反力 从 表 中 可 以 看 出， 壳单元和梁 单元所得的结果是 精 确 相 等 ， 这也验证了采用如

5、本 文所假设的载荷分布方式满足目前规范的要求 · · 固体力学学报 年第 卷 表 两种单元类型的计算结果 结论 本文总 结 了 基 于 公式的小直径桩柱 （ 包括直立桩柱和 倾 斜 桩 柱 ） 上 波 浪 力 的 计 算 方 法， 开发了相应的 进 进而结合流体力学知识 ， 将该程序从 行有限元分析 ， 梁单元推广到了壳 单 元 上 通过与相关实验数据的 对比 ， 证明该方法计算工程实际问题是可行的 参考文献 严磊 风力发电机支 撑 体 系 结 构 设 计 研 究 天 津； 天津大学 ， 专辑 戴澍等 ： 的小尺度桩柱波浪力计算方法 基于 竺艳蓉 海洋工程波浪力学 天津：

6、天津大学出版 社， ： 庄 茁 基于 北 的有限元分析和应用 清华大学出版社 ， 京： ： 兰梅雅 桩基结构物 的 波 流 作 用 力 研 究 上 海： 上 海交通大学 ， 姚文伟 桩基结构波 浪 力 的 工 程 计 算 方 法 上 海； 上海交通大学 ， · · 严磊 风力发电机支 撑 体 系 结 构 设 计 研 究 天 津； 天津大学 ， 聂武 ， 孙丽 萍 ， 李 治 彬， 曾 志 强 海洋工程钢结构设计 哈尔滨 ： 哈尔滨工程大学出版社 ， 海上平台状态评定指 中国船级社 南 北京 ： 人民交通出版社 ， 潘斌 海洋自升式移动平 台 设 计 与 研 究 孙东昌 ， 上海 ：